Mecanismos de contração muscular

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Mecanismos da
Contração Muscular
Prof. Dr. Mauro Cesar 
Isoldi
Fonte: http://www.vetmed.wsu.edu/van308/skeletal.htm
Músculo esquelético		b) Músculo esquelético
c) Músculo cardíaco		d) Músculo liso
Tecidos Musculares
As fibras do músculo esquelético (a e b) apresentam-se listradas, devido a presença de um padrão alternado de complexos protéicos. As células do músculo esquelético são multinucleadas, pois são resultado da fusão de diversas células. As células do músculo cardíaco apresentam uma estrutura ramificada, o que aumenta a sua resistência mecânica (c). As células do músculo liso são dispostas em lâminas, e estão em contato elétrico umas as outras, por meio do nexus, que permite a propagação do potencial de ação entre elas. 
Junção Neuromuscular
Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 
2002 (pg. 836).
Musculo
Feixes de fibras
Miofibrilas
sarcômeros
Estrutura do Sarcômero
Linha M
Linha Z
Linha Z
Sistema de túbulos intracelulares
 Vesículas terminais que armazenam cálcio;
 Cada sarcômero contém duas tríades de túbulos.
Túbulos T
Fonte: Purves et al., 
Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. 
Artmed editora, 2002 (pg. 838).
Sarcômero = unidade contratil 
do musculo
Fonte: http://www.bris.ac.uk/Depts/Physiology/ugteach/ugindex/m1_index/nm_tut4/page1.htm
Teoria do Filamento Deslizante
Actina F
Actina G
Código de acesso pdb: 1ATN
A actina F possui duas extremidades, conhecidas como "mais" e "menos". Na extremidade "mais", entra a actina G ligada à molécula de ATP, promovendo o aumento do polímero de actina F, e na extremidade "menos" sai a actina G complexada com a molécula de ADP, promovendo a diminuição da cadeia de actina F. Assim, o tamanho relativo da actina F depende da entrada e da saída de actinas G pelas extremidades "mais" e "menos", conforme o diagrama esquemático abaixo.
 
Fonte: http://www.icb.ufmg.br/~lbcd/prodabi4/grupos/grupo1/actina.htm
Miosina
CLE
CLR
Miosina consiste de 6 cadeias polipeptídicas, duas cadeias pesadas de 220 kD e 2 pares de cadeias leves, chamadas de cadeias leves essenciais (CLE) e cadeias leves regulatórias(CLR).
Cadeia pesada
Fonte: http://lessons.harveyproject.org/development/muscle/proteol.html
Miosina II
Domínio da cabeça globular
Tripsina papaína
Proteólise
Domínio 
motor
CLE
CLR
Proteólise da Miosina
Fonte: http://lessons.harveyproject.org/development/muscle/proteol.html
Fragmento	Massa molecular (kDa)	Tamanho aproximado (Å)
HMM		520			650
LMM		160			900
S1		120			110
S2		100			1300
Proteólise da Miosina
Estrutura do Fragmento S1 de Miosina
Código de acesso PDB: 1DFK
Actina
Filamento grosso de miosina
Cabeça
Braço de 
alavanca
Complexo Actina-Miosina
Microfilamento
de actina
Cabeça de miosina
Miofibrila
Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 
2002 (pg. 837).
Na miofibrila os filamentos de actina e miosina sobrepõem-se. Os filamentos de miosina são formados por feixes de proteínas, com extremidade globular e cauda na forma de alavanca. Os filamentos de actina são compostos de duas cadeias polipeptídicas, com monômeros de actina G enrolados, como contas em um colar. Essas cadeias são envolvidas por tropomiosina, e, em intervalos regulares, ocorre a ligação de troponina, conforme o diagrama esquemático abaixo. 
Contração Muscular
Fonte: Purves et al., 
Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. 
Artmed editora, 2002 (pg. 839).
Contração Muscular
Para quebrar a ligação da cabeça da miosina com a actina é necessário ATP, contudo a molécula de ATP não é necessária para a formação do complexo actina-miosina. Tal observação explica a razão do endurecimento dos músculos dos animais após a morte, situação conhecida como rigor mortis. A morte cessa a reposição da molécula de ATP, assim o complexo actina-miosina não pode ser quebrado.
 O potencial de ação viaja axônio abaixo
 Os canais de Ca2+ dependentes de voltagem abrem-se
 Exocitose de ACh
 Difusão de ACh na fenda sináptica 
 ACh liga-se ao receptor
 Abertura dos canais de Na+ (entrada) e K+ (saída)
 Aumento da probabilidade de início de um potencial de ação 
 O potencial de ação viaja ao longo da membrana
 O potencial de ação entra no retículo sarcoplasmático 
 O potencial de ação abre os canais de Ca2+ dependentes de voltagem
 Os íons de Ca2+ ligam-se aos filamentos, causando contração
Resumo da Contração Muscular
TEORIA DO FILAMENTO DESLIZANTE
O PA causa a rápida liberação do íon Ca2+ no interior da célula
O íon Ca2+ liga-se à troponina
A troponina passa por uma mudança conformacional
Tal mudança movimenta a tropomiosina deixando os sítios de ligação com a miosina da actina livres
A miosina liga-se a actina, perde o ADP sofrendo assim mudança conformacional
 Movimenta-se assim a ligação da miosina com a actina (delizamento)
A ligação entre actina e miosina permanece rígida. O sítio de ligação para o ATP é exposto
Uma nova molécula de ATP permite a quebra do complexo actina-miosina. A nova molécula de ATP sofre hidrólise. O processo continua até que não haja mais Ca2+
RELAXAMENTO
1.	Degradação da acetilcolina
2. 	Canais iônicos fecham-se
3. 	Repolarização da membrana
4. 	Diminuição da permeabilidade do retículo sarcoplasmático (RS) aos íons de Ca2+
5. 	Os íons Ca2+ são bombeados de volta ao RS (processo lento com consumo de ATP)
6. Os íons Ca2+ são retirados das moléculas de troponina C, que volta a conformação original
7. 	A tropomiosina retorna a cobrir a região do encaixe da actina
8. 	Quebram-se os complexos miosina-actina com gasto de ATP
9. 	O complexo miosina-ADP se reconstitui nas cabeças de miosina, pronto para um novo potencial de ação
Função do Ca2+ na Contração
Complexo troponina-tropomiosina
tropomiosina
troponina
actina
Sítio de ligação
miosina
Função do ATP na Contração
A análise do modelo do complexo actina-miosina (Rayment & Holden, 1994) revela as bases moleculares da contração muscular. Esse modelo exibe a orientação espacial relativa do fragmento S1 da miosina, mostrando, claramente, que a fenda na miosina estende-se do sítio de ligação de ATP, até o sítio de ligação da actina. O modelo também indica que a cauda helicoidal do C-terminal do fragmento S1 da miosina, funciona com um braço de alavanca. A boa complentaridade de forma geométrica e carga elétrica, das estruturas da miosina e da actina, corroboram o modelo proposto para contração muscular.
Bases Moleculares para a Contração Muscular
Referência: Rayment, I. & Holden, H. M. (1994). Trends Biochem. Sci. 19: 129-134. 
Fonte: http://www.sci.sdsu.edu/movies/actin_myosin_gif.html
Mecanismo da Contração Muscular
Fonte: http://www.vetmed.wsu.edu/van308/muscleanimation.htm
Mecanismo da Contração Muscular
Modelo do filamento deslizante na 
contração do musculo estriado
Garcia, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000.
Purves, W. K., Sadava, D., Orians, G. H., Heller, H. G. Vida. A Ciência da Biologia. 6a ed. Artmed editora. 2002.
Referências
Explique o motivo do endurecimento dos músculos dos animais após a morte, situação conhecida como “rigor mortis”.
Provinha